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(共25张PPT)
从托勒密到开普勒
关于万有引力定律，你已经了解哪些内容？
万有引力定律是人类心智所能到达的最深远的推广......
理查德·费曼
“Two things fill the heart with renewed and increasing awe and reverence the more often and the more steadily that they are meditated on:the starry skies above me and the moral law inside me.”
有两种东西，我对它们的思考越是深沉和持久，他们在我心灵中唤起的赞叹和敬畏就会越历久弥新，一是我们头顶浩瀚灿烂的星空，一是我们心中崇高的的道德法则。
伊曼努尔·康德
一、历史的足迹
观点：地球是宇宙的中心，太阳、月亮及所有的行星都是绕地球转动的。
代表人物：克罗狄斯·托勒密（约90年-168年）
1
地心说(Geocentric Universe)
火星逆行
资 料
一、历史的足迹
本轮和均轮
行星逆行
缺失了简洁美！
资料
一、历史的足迹
观点：太阳是宇宙的中心，静止不动的，地球和其它行星都是绕太阳做匀速圆周运动。
代表人物：尼古拉·哥白尼（1473年-1543年）
一、历史的足迹
2
日心说(Geocentric Universe)
托勒密（约90年-168年）
哥白尼（1473年-1543年）
地心说为何统治这么久？
为何过了一千多年，才有人真正站出来挑战地心说？
一、历史的足迹
资料
一、历史的足迹
天圆地方
远古
140
托勒密
地心说
1543
哥白尼
日心说
1546
第谷
出生
1600
开普勒
任第谷助手
开普勒：德国天文学家，数学天才
在按照匀速圆周运动的观念对行星轨道的计算中，开普勒无数次尝试的结果，都与第谷的观测数据相差8弧分（约0.133°）的微小误差。
二、地球是不是绕太阳做匀速圆周运动？
第谷·布拉赫（1546年-1601年）
约翰尼斯·开普勒
冬半年快
90天
88天
93天
94天
如果地球做匀速圆周运动，那四季的时间应该有什么特点？
冬至
a
F
秋分
春分
夏至
某年的24节气时段
夏半年慢
二、地球是不是绕太阳做匀速圆周运动？
1 开普勒第一定律（轨道定律）
三、开普勒三大定律
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。
椭圆是平面内到定点F1、F2的距离之和等于常数（大于|F1F2|）的动点M的轨迹，F1、F2称为椭圆的两个焦点。其数学表达式为：|MF1|+|MF2|=2a（2a>|F1F2|）
补充:椭圆的定义
a
F
F
所有的行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个公共焦点上。
1 开普勒第一定律（轨道定律）
三、开普勒三大定律
2 开普勒第二定律（面积定律）
资料
近日点速率最大，远日点速率最小
对于每一颗行星而言，太阳和行星的连线在相等的时间内扫过相等的面积。
三、开普勒三大定律
行星 水星 金星 地球 火星 木星
公转周期T（年） 0.241 0.615 1 1.881 11.862
到太阳距离 a（×106km） 57.9 108.2 149.6 227.9 778
寻找行星绕太阳运动的周期与距离关系
→T∝a3/2→T2∝a3→a3/T2=k
T∝a1.5
周期T
所有行星轨道的半长轴的立方与公转周期的平方的比都相等。即：
3 开普勒第三定律（周期定律）
三、开普勒三大定律
地球绕太阳运动和月球绕地球运动的两个运动，k值相同吗？
行星 半长轴(×106km) 公转周期(天) K值
水星 57.9 87.9
金星 108.2 224.7
地球 149.6 365.0
火星 227.9 693.5
木星 778.0 4307.0
土星 1472.0 10767.5
天王星 2870.0 30660.0
海王星 4496.0 60152.0
同步卫星 0.0424 1.0
月球 0.3844 27.3
3.30×1018
3.40×1018
3.69×1018
3.37×1018
3.36×1018
1.02×1013
1.02×1013
比值k是与行星无关而只与中心天体有关的恒量．
开普勒定律不仅适用于行星绕太阳运动，同时也适用于所有的天体运动．
结论: k值与中心天体有关，而与环绕天体无关。
3.36×1018
3.36×1018
3.37×1018
第谷·布拉赫（1546年-1601年）
开普勒（1572年-1630年）
太阳系八大行星轨道示意图
近似处理
1.所有的行星绕太阳运动的轨道都是圆，太阳处在所有圆的公共圆心上。
2.行星绕太阳做匀速圆周运动。
3.所有行星轨道的半径r的立方与周期T的平方的比都相等。
课堂小结
资料
思考
行星为什么会做这样的运动？

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